卡拉胶特性及研究进展

1卡拉胶特性及研究进展前言卡拉胶(Carrageenan,又称角叉菜胶、鹿角菜胶)是自红藻(Redaglae,Rhodophyta)中提取的一种水溶性胶体,是世界三大海藻胶工业产品(琼胶、卡拉胶、褐藻胶)之一。作为天然食品添加剂,卡拉胶在食品行业已应用了几十年。联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家委员会(JECFA,JointFAO/WHOExpertCommitteeonFoodAdditives)2001年取消了卡拉胶日允许摄取量(ADI,AcceptableDailyIntake)的限制,确认它是安全、无毒、无副作用的食品添加剂。据统计全球卡拉胶产量以3%的速度递增,2000年全球销量达3.1亿美元。卡拉胶广泛应用于食品行业如可可奶、冰激凌、速溶咖啡、果冻、果汁饮料、牛奶布丁、炼乳、奶酪制品、婴儿奶制品、酸奶、糖果、罐头、豆酱、面包等的制造中,用于啤酒澄清、制作人造蛋白质和人造肉或制作保健食品等。卡拉胶亦可用于日用化工行业如牙膏、润肤制品、洗发香波、洗涤剂、空气清新剂、水彩颜料、陶瓷制品等的加工制作。卡拉胶还大量用于医药业,如作为微生物培养基、缓释胶囊/片剂、药膏基、鱼肝油乳化剂等。近来研究发现卡拉胶本身具有特殊的医药疗效,它对许多重要病毒病原(如疱疹病毒、HIV、粘液病毒、棒状病毒等)具有广谱抑制活性,卡拉胶还对免疫系统具有持续性作用、它是有效的抗胃蛋白酶活、抗溃疡、抗凝血、抗栓物质。我国卡拉胶的研究起步较晚,直到1985年才形成了真正意义上的卡拉胶工业化生产。随后,我国对卡拉胶在食品、日用化工、医药卫生等领域的应用研究有很大进展。但是,在卡拉胶的存在形2态、结构、定性定量分析以及卡拉胶生物技术方面的基础性研究与国际研究水平还存在一定的差距。化学结构由硫酸基化的或非硫酸基化的半乳糖和3，6-脱水半乳糖通过α-1，3糖苷键和β-1，4键交替连接而成，在1，3连接的D半乳糖单位C4上带有1个硫酸基。分子量为20万以上。分子式：（C12H18O9）n结构式:胶体化学特性●溶解性：不溶于冷水,但可溶胀成胶块状,不溶于有机溶剂，易溶于热水成半透明的胶体溶液(在70℃以上热水中溶解速度提高；●胶凝性：在钾离子存在下能生成热可逆凝胶；●增稠性：浓度低时形成低粘度的溶胶,接近牛顿流体，浓度升高形成高粘度溶胶，则呈非牛顿流体。3●协同性：与刺槐豆胶、魔芋胶、黄原胶等胶体产生协同作用，能提高凝胶的弹性和保水性；●健康价值：卡拉胶具有可溶性膳食纤维的基本特性，在体内降解后的卡拉胶能与血纤维蛋白形成可溶性的络合物。可被大肠细菌酵解成CO2、H2、沼气及甲酸、乙酸、丙酸等短链脂肪酸，成为益生菌的能量源。卡拉胶在食品工业中的应用卡拉胶稳定性强，干粉长期放置不易降解。它在中性和碱性溶液中也很稳定，即使加热也不会水解，但在酸性溶液中（尤其是pH值≤4.0）卡拉胶易发生酸水解，凝胶强度和黏度下降。值得注意的是，在中性条件下，若卡拉胶在高温长时间加热，也会水解，导致凝胶强度降低。所有类型的卡拉胶都能溶解于热水与热牛奶中。溶于热水中能形成黏性透明或轻微乳白色的易流动溶液。卡拉胶在冷水中只能吸水膨胀而不能溶解。基于卡拉胶具有的性质，在食品工业中通常将其用作增稠剂、胶凝剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂等。而这些卡拉胶的生产应用与其流变学特性有着较大的关系，因而准确掌握卡拉胶的流变学性能及其在各种条件下的变化规律对生产具有重要的意义。卡拉胶在果冻生产中的作用卡拉胶作为一种很好的凝固剂，可取代通常的琼脂、明胶及果胶等。用琼脂做成的果冻弹性不足，价格较高；用明胶做成果冻的缺点是凝固和融化点低，制备和贮存都需要低温冷藏；用果胶的缺点是需要加入高溶度的糖和调节适当的pH值才能凝固。卡拉胶没有这些缺点，用卡拉胶制成的果冻富有弹性且没有离水性，因此，其成为果冻常用的凝胶剂。4卡拉胶在果冻中应用时应注意以下几点：一是由于卡拉胶属于魔芋胶体系，其溶解度相对不高，因此要进行保温。如保温时间不够，溶解不完全，所做出的果冻口感就不好，严重的会造成果冻很嫩不成型；但同时保温时间过长，卡拉胶又偏碱或者加入了柠檬酸钠之类的缓冲剂，就容易发生去乙酰化变性，产生“蛋花汤”的现象，果冻仍可能不成型。因此建议夏天煮沸后不要保温，冬天煮沸后保温10min，春秋季节介于两者之间。二是由于卡拉胶不耐酸，加酸温度越低越好，一般在70℃-80℃果冻灌装之前或根据实际工艺条件进行，否则温度越高卡拉胶越容易被破坏，影响口感，同时建议柠檬酸溶于水后添加，以免造成局部过酸；调节pH值一般不低于4，需要更酸的口感则应使用其他胶体辅助；巴氏杀菌也会影响口感，需要根据实际情况进行调节。三是过滤。在煮沸后，使用筛网过滤料液，其目的是去除无法溶解的魔芋胶颗粒，获得相对透明的果冻，这样做可以得到某些高档果冻透明的效果。卡拉胶在软糖生产中的应用用卡拉胶做透明水果软糖在我国早有生产，其水果香味浓，甜度适中，爽口不粘牙，而且透明度比琼脂更好，价格较琼脂低，加到一般的硬糖和软糖中能使产品口感滑爽，更富弹性，黏性小，稳定性增高。卡拉胶在软糖中使用时应注意：一是以卡拉胶为主的软糖粉在高糖浓度下不易溶解，所以建议先将其用水溶解，否则容易产生“沙眼”，即一粒一粒的小胶粒。二是还原糖含量太低，储存时间长，容易返砂；还原糖含量太高，在熬糖时候容易注模不成型。三是可以在熬胶结束后加入花色物料，比如胡萝卜5酱，不过要计算好软糖粉的比例。卡拉胶在冰淇淋生产中的应用在冰淇淋和雪糕的制作中，卡拉胶可使脂肪和其它固体成分分布均匀，防止乳成分分离和冰晶在制造与存放时增大，它能使冰淇淋和雪糕组织细腻，滑爽可口。在冰淇淋生产中，卡拉胶因可与牛奶中的阳离子发生作用，产生独特的胶凝特性，可增加冰淇淋的成型性和抗融性，提高冰淇淋在温度波动时的稳定性，放置时也不易融化。在冰淇淋生产中，卡拉胶虽然不适合作为主稳定剂，但它在很低浓度下能作为很好的防止乳清分离的辅稳定剂使用。因为卡拉胶虽然会增加体系的黏度，但不能包容足够的胶以稳定体系。刺槐豆胶、瓜尔豆胶以及羧甲基纤维素单独使用或组合使用是较好的主稳定剂，然而它们具有相同的缺点，即在冰淇淋混合物中会导致乳清分离。所以加入卡拉胶能抑制这种现象的发生。卡拉胶应用于冰淇淋中应注意：一是可以添加少量淀粉填充，数量多了就有粉质感，口感不佳；二是卡拉胶用量较少，多用于老化后凝冻过程中。展望卡拉胶由于其优良的物理化学特性而在国内外受到广泛关注。从理论上看，探明凝胶化及金属离子促凝胶化机理，消除分歧等是科学发展的需要；从应用上看，尽快提高我国有关产品的质量，缩小与国外的差距是当务之急。用现代物理技术揭开多糖的种种奥秘是最新的趋势。在上述需要研究的热点中，光散射技术是最重要的技术之一。然而，遗憾的是光散射技术在此的应用，6实际上只处于初级阶段，几乎仅限于简单测试，它们的潜力远远没有发挥。这表现在静、动态激光散射技术间，该技术与构象间似乎毫无关系，然而正是它们之间关系的巧妙应用可显示研究者的创造性。另外，也未见定量表征卡拉胶凝胶化过程的参数，如。等的系统研究及凝胶结构表征、结构性能关系的有关报道，而这些对卡拉胶的应用意义重大。因此，可以在高分子物理角度，从超分子化学观点，在前人已有研究成果基础上，以构象为中心，以高科技激光光散射技术为探针，跟踪探测卡拉胶凝胶化详细历程及影响因素。从而在本质上更深人系统阐明，在卡拉胶热可逆凝胶化过程中，可能所涉及的缔合(association)、聚集(aggregation)、凝胶化(gelation)和相分离(phaseseparation)及沉淀(precipitation)竞争等动态变化过程。还可定量表征卡拉胶凝胶非均匀性、分形行为及用溶胀性能测定仪，测定凝胶的力学性能压缩模量，由溶胀动力学曲线测定溶胀速率及半定量的判断交联情况-拍，并探讨凝胶化的微观机理对宏观性能的影响。卡拉胶是离子多糖的典型代表，通过卡拉胶凝胶化机理、规律、影响因素，及结构．宏观性能关系等，将有助于向多糖有关领域推广。这一工作是化学与生命科学的典型交叉，具有很好的理论研究价值和应用前景。